DE3522520A1 - Exhaust gas system for a nuclear reactor - Google Patents

Exhaust gas system for a nuclear reactor

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Abstract

In an exhaust gas system for a nuclear reactor there is assigned to the exhaust gas source a treatment stage designed with two legs and having a drying appliance to which an exhaust gas stack is connected via a gas adsorption installation. The drying appliance consists of a cold trap and an adsorber downstream thereof. The operating temperature of the gas adsorption installation is from 0 to 20 DEG C. The invention is suitable, in particular, for boiling water reactors. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für einen Kern­ reaktor mit einer Abgasquelle und einer zweisträngig ausgeführten Behandlungsstufe mit einer Trockungsein­ richtung, an die über eine Gasadsorptionsanlage ein Ab­ gaskamin angeschlossen ist.The invention relates to an exhaust system for a core reactor with one exhaust gas source and one double-stranded treatment stage carried out with a drying unit direction to which an Ab gas fireplace is connected.

Wie in dem Buch VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970, Seite 111 dargestellt ist, wird bei der Abgasaufbereitung eines Siedewasserreaktors in jedem Strang der zweiträn­ gig ausgeführten Behandlungsstufe hinter einem Rekom­ binator mit einem Kondensator eine Trocknung der aus einen Turbinenkondensator stammenden Abgase vorgenommen. Zusätzlich ist dort noch einsträngig ein als Unterkühler bezeichneter Kondensator vorgesehen, der ebenfalls als Trocknungseinrichtung wirkt. An die weiter in einem Strang ausgeführte Verzögerungsleitung schließt sich über Sandfilter eine Gastrocknung sowie eine nicht wei­ ter beschriebene Absorptionsanlage an, aus der die Gase dann von Vakuumpumpen in den Abgaskamin gefördert werden.As in the book VGB Nuclear Power Plant Seminar 1970, page 111 is shown in the exhaust gas treatment of a boiling water reactor in each strand of the second drain treatment stage behind a recom binator with a condenser drying out exhaust gases originating from a turbine condenser. There is also a single-strand as a subcooler designated capacitor provided, which also as Drying device works. To the one in one Delay line executed in line closes gas drying and a non-white ter described absorption system from which the gases then be pumped into the exhaust stack by vacuum pumps.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Behandlung der Abgase in einem Abgassystem der eingangs genannten Art zu verbessern, damit der Kostenaufwand verringert werden kann. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Trocknungseinrichtung aus einer Kühlfalle und einem nachgeschalteten Adsorber besteht, der mindestens annä­ hernd die gleiche Temperatur wie die Kühlfalle hat, und daß die Betriebstemperatur der Gasadsorptionsanlage +5 bis -20°C beträgt. The invention is based on the task, the treatment the exhaust gases in an exhaust system of the type mentioned Kind of improve so the cost is reduced can be. For this purpose, the invention provides that the drying device from a cold trap and a downstream adsorber exists that at least ann the same temperature as the cold trap, and that the operating temperature of the gas adsorption system Is +5 to -20 ° C.  

Bei der Erfindung wird durch die um einen nachgeschalte­ ten Adsorber erweiterte Trocknungseinrichtung eine geringe Abgasfeuchte erreicht. Deshalb kann die Gasad­ sorption in der nachgeschalteten Gasadsorptionsanlage 5 bei den erfindungsgemäß niedrigen Temperaturen von +5 bis -20°C durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine wesentlich effektivere Adsorption und damit wesentlich kleinere Abmessungen und entsprechend geringere Kosten.In the invention is followed by a ten adsorber extended drying facility low exhaust gas moisture reached. Therefore, the Gasad sorption in the downstream gas adsorption system 5 at the low temperatures of +5 according to the invention down to -20 ° C. This enables one much more effective adsorption and therefore significantly smaller dimensions and correspondingly lower costs.

Die kombinierte Gefriertrocknungs- und Niedrigtempera­ tur-Adsorptionsanlage ist somit in zwei Stufen unter­ teilt. In der ersten Stufe wird wie bisher das ankommen­ de Abgas von z. B. +30°C/100% rel. Feuchte auf -10°C /100% rel. Feuchte am Zyklusbeginn und nach ca. 10 Stun­ den auf -30°/100% rel. Feuchte zum Zyklusende getrock­ net.The combined freeze-drying and low temperature Tur adsorption system is thus in two stages Splits. In the first stage, this will arrive as before de exhaust gas from z. B. + 30 ° C / 100% rel. Humidity to -10 ° C / 100% rel. Moisture at the beginning of the cycle and after approx. 10 hours to -30 ° / 100% rel. Moisture dry at the end of the cycle net.

Dieses kalte Gas wird in den direkt nachfolgenden, vor­ teilhaft vom Kältekreis mitgekühlten Adsorptionsbehäl­ terteil geführt. Hier erfolgt aufgrund der niedrigeren Absorbenstemperatur eine weitere Absenkung der Abgas­ feuchte auf z. B. einen Taupunkt von -60 bis -90°C. Das austretende, hochtrockene Abgas des einen jeweils akti­ ven Stranges kann dann vorteilhafterweise zu mindestens 75% in die anschließende Niedrigtamperatur-Edelgasadsorp­ tionsanlage geführt werden, während die restlichen, höchstens 25% zur Regeneration des nicht aktiven Stran­ ges dienen.This cold gas is used in the immediately following partially adsorbed from the refrigeration circuit led part. Here is due to the lower Absorbing temperature further lower the exhaust gas damp on z. B. a dew point of -60 to -90 ° C. The escaping, highly dry exhaust gas of one acti ven strand can then advantageously at least 75% in the subsequent low temperature noble gas adsorb tion system, while the rest, at most 25% for regeneration of the non-active beach serve.

Aufgrund des erreichten Gastrocknungsgrades kann die Edelgasadsorption bei günstigsten Temperaturbedingungen von +5 bis -20°C durchgeführt und eine deutliche Ver­ kleinerung der Verzögerungsstrecke (Verkleinerung gegen­ über 20°C-Anlage um Faktor 2 bis 4) erreicht werden. Zugleich kann mit nur 25% des getrockneten Gases oder weniger, die über die parallel geschaltete, im Abtau/ Regeneratorionsbetrieb befindliche Trocknungseinheit rückgeführt werden, in kurzer Zeit die volle Betriebs­ bereitschaft wieder hergestellt werden. Hierbei kann die beim Abtauen erforderliche hohe Kältekreistemperatur von rund +40 bis +50°C zur gleichzeitigen Regenerationsgas­ erhitzung sowie Beheizung des Adsorptionstrocknungsteils verwendet werden, so daß auch der Energieaufwand gering ist.Due to the degree of gas drying achieved, the Noble gas adsorption under the most favorable temperature conditions from +5 to -20 ° C and a clear ver reduction of the delay line (reduction against over 20 ° C system by a factor of 2 to 4). At the same time, with only 25% of the dried gas or  less that over the parallel, in the defrost / Regenerator operation drying unit be returned to full operation in a short time readiness to be restored. Here, the high refrigeration circuit temperature required for defrosting around +40 to + 50 ° C for simultaneous regeneration gas Heating and heating the adsorption drying part be used so that the energy consumption is low is.

Aufgrund der relativ geringen, aus dem Feuchtadsorber auszutreibenden H2O-Menge reicht eine nur ca. 25%ige Rückführgasmenge bereits über 1/4 der Regenerationszy­ klusdauer zum Feuchteaustrag. Man kann deshalb auch mit geringeren Regenerationsanteilen, z.B. einem Zehntel, arbeiten. Die durch den Kältekreis vorgegebene Regene­ rationstemperatur von rund 40 bis 50°C ist als Abtau­ temperatur vollauf ausreichend und ermöglicht es, die Absorbensrestfeuchte soweit zu senken, daß beim späte­ ren Trocknungsbetrieb und Adsorbenstemperaturen von ca. 20°C ein hochtrockenes Abgas erzeugt wird.Due to the relatively small amount of H 2 O to be expelled from the moisture adsorber, only a 25% recycle gas quantity is sufficient for more than 1/4 of the regeneration cycle duration to discharge moisture. It is therefore also possible to work with smaller amounts of regeneration, for example a tenth. The regeneration temperature specified by the refrigeration circuit of around 40 to 50 ° C is completely sufficient as a defrost temperature and enables the residual absorbent moisture to be reduced to such an extent that a highly dry exhaust gas is generated during subsequent drying operation and adsorbent temperatures of approx. 20 ° C.

Das geringe Temperaturniveau des aktiven Stranges erfüllt weiterhin die Anforderungen, Zündmöglichkeiten im Abgas­ system zu vermeiden.The low temperature level of the active strand met continue the requirements, ignition possibilities in the exhaust gas system to avoid.

Die Regenerationsgasrückführung wird ohne zusätzliche Fördereinrichtung durch Nutzung des zum Turbinenkonden­ sator vorhandenen Druckgefälles erreicht. Eine Mengen­ regelung kann mittels einer Drossel vorgenommen werden.The regeneration gas recirculation is carried out without additional Conveying device by using the turbine condenser sator existing pressure gradient reached. A lot regulation can be carried out by means of a throttle.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt dieFor a more detailed explanation of the invention, the Drawing described an embodiment. Here show the

Fig. 1 ein Abgassystem nach der Erfindung als Rohrschaltplan, die Fig. 1 shows an exhaust system according to the invention as a pipe circuit diagram

Fig. 2 eine besonders günstige Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Trocknungseinrich­ tung in schematischer Darstellung. Fig. 2 is a particularly favorable form of implementation from a drying device according to the invention in a schematic representation.

Die Abgasquelle ist der Turbinenkondensator 1 eines nicht weiter dargestellten Siedewasserreaktors, der den Dampf für eine Turbine 2 liefert. Im Turbinenkondensa­ tor 1 herrscht z.B. ein Druck von 0,1 bar oder weniger. An den Turbinenkondensator 1 ist über eine Leitung 4 eine zweistufige Strahlpumpe 5 angeschlossen, zwischen deren Stufen 6 und 7 ein Wärmetauscher 8 zur Aufheizung vorgesehen ist. Die Dampfstrahlpumpe fördert das Abgas aus dem Turbinenkondensator 1 mit einem Druck von etwa 1 bar über einen zur Vorheizung dienenden Wärmetauscher 10 in einen Wasserstoff-Sauerstoff-Rekombinator 11. Die­ sem ist ein Kühler 12 nachgeschaltet.The exhaust gas source is the turbine condenser 1 of a boiling water reactor, not shown, which supplies the steam for a turbine 2 . A pressure of 0.1 bar or less prevails in the turbine capacitor 1 , for example. A two-stage jet pump 5 is connected to the turbine condenser 1 via a line 4 , between the stages 6 and 7 of which a heat exchanger 8 is provided for heating. The steam jet pump conveys the exhaust gas from the turbine condenser 1 at a pressure of approximately 1 bar via a heat exchanger 10 used for preheating into a hydrogen-oxygen recombiner 11 . The sem is a cooler 12 downstream.

An den Kühler 12 schließt sich eine zweisträngige Behand­ lungsstufe 14 an, in der bei niedrigen Temperaturen durch Ausgefrieren und Adsorptionstrocknung eine nahezu vollständige Gastrocknung erreicht wird. Die beiden Stränge 15 und 16 der Behandlungsstufe 14 umfassen in gleicher Weise, lediglich durch die Buchstaben A und B unterschieden, als Trocknungseinrichtung 17 einen Ge­ frierkühler 18 (Kühlfalle), der im Bereich von -10 bis -30°C arbeitet, sowie einen mit diesem baulich zusam­ mengefaßten Adsorber 19, der praktisch die gleiche Tem­ peratur hat. Die Trockner 17 sind zwischen Ventilen 21 und 22 eingeschlossen und mit einer Kältemaschine 23 verbunden. Die Kältemaschinen 23 arbeiten mit Frigen in den angedeuteten Rohren, die eine Trocknungseinrichtung 17 A kühlen. Durch eine Umschaltung des Kältekreises, gegebenenfalls auch durch zusätzliche Wärmeeinbringung kann die andere Trocknungseinrichtung (17 B) erhitzt wer­ den. The cooler 12 is followed by a two-strand treatment stage 14 in which almost complete gas drying is achieved at low temperatures by freezing and adsorption drying. The two strands 15 and 16 of the treatment stage 14 comprise in the same way, only distinguished by the letters A and B , as a drying device 17 a Ge freezer cooler 18 (cold trap), which works in the range from -10 to -30 ° C, and one with this structurally summarized adsorber 19 , which has practically the same temperature. The dryers 17 are enclosed between valves 21 and 22 and connected to a refrigerator 23 . The chillers 23 work with frigos in the indicated tubes, which cool a drying device 17 A. The other drying device ( 17 B) can be heated by switching the cooling circuit, possibly also by adding additional heat.

An den Gefrierkühler 18 ist jeweils eine mit einem Ven­ til 24 versehene Leitung 25 für Kondensat bzw. Abtau­ wasser angeschlossen. Sie führt zu einem Wasserauslaß 26. Ferner ist an die Leitungen 25 über eine Blende 28 eine Regenerationsleitung 29 angeschlossen, die in den Turbi­ nenkondensator 1 führt.At the freezer 18 is provided with a Ven valve 24 line 25 for condensate or defrost water. It leads to a water outlet 26 . Furthermore, a regeneration line 29 is connected to the lines 25 via an orifice 28 , which leads into the turbine capacitor 1 .

Von der Behandldungsstufe 14 führt eine Leitung 30 zu einer Niedrigtemperatur-Edelgasadsorptionsanlage 31. Sie ist in einem Gebäude 32 untergebracht, dessen dick dargestellte Wand sowohl als Abschirmung als auch als Wärmeisolierung dient. Die Raumtemperatur in dem Gebäu­ de 32 wird mit einer Kühlanlage 33, die eine Pumpe 34 und einen Kühler 35 umfaßt, auf Temperaturen von -20°C gehalten. Deshalb ergibt sich in der Adsorptionskolonne 31, die mit Aktivkohle gefüllt ist, bei kleinem Volumen für Durchsätze von 30 m3/h eine Edelgasspeicherung mit einer Verzögerung von 40 Tagen für Xenon. An die Auslaß­ leitung 38 der Edelgasadsorptionsanlage 31 ist ein Abgas­ kamin 39 angeschlossen.A line 30 leads from the treatment stage 14 to a low-temperature noble gas adsorption system 31 . It is housed in a building 32 , the thick wall of which serves both as a shield and as thermal insulation. The room temperature in the building de 32 is kept at temperatures of -20 ° C. with a cooling system 33 , which comprises a pump 34 and a cooler 35 . Therefore, in the adsorption column 31 , which is filled with activated carbon, with a small volume for throughputs of 30 m 3 / h, noble gas storage occurs with a delay of 40 days for xenon. At the outlet line 38 of the noble gas adsorption system 31 , an exhaust gas chimney 39 is connected.

Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Trockner 17 ist als Kolonne mit im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 42 ausgebildet, das mit einer Wärmeisolierung 43 abgedeckt 5 ist. Im unteren Teil des Gehäuses 42 führt ein Einlaß­ rohr 44 in einen Sammler 45, von dem ein vertikales Rohrbündel 46 zu einem oberen Auslaß 47 verläuft. Das Rohrbündel 46 ist mit einem Rohrwendel 48 umgeben, des­ sen Anschlußleitungen 49 bei 50 aus dem Gehäuse 42, ge­ führt sind. Oberhalb des Auslaßraumes 47 führt ein Rohr 51 in einen Absorber 52. Er besteht aus einer Silicagel- Schüttung oberhalb einer Siebplatte 53, durch die das Rohr 51 hindurchführt. Am Außslaß des Rohres 51 oberhalb der Schüttung 52 ist ein Filter 54 vorgesehen. The dryer 17 shown schematically in FIG. 2 is designed as a column with an essentially cylindrical housing 42 , which is covered 5 with heat insulation 43 . In the lower part of the housing 42 , an inlet pipe 44 leads into a collector 45 , from which a vertical tube bundle 46 extends to an upper outlet 47 . The tube bundle 46 is surrounded by a spiral tube 48 , the sen connecting lines 49 at 50 from the housing 42 , ge leads. A tube 51 leads into an absorber 52 above the outlet space 47 . It consists of a silica gel bed above a sieve plate 53 through which the tube 51 passes. A filter 54 is provided at the outlet of the tube 51 above the bed 52 .

Im Silicagelbett 52 sind ebenfalls Rohrwendel 56 vorge­ sehen. Ihre Anschlüsse 57 verlaufen über eine Durchfüh­ rung 58 zu der Kältemaschine 23 mit der über Durchfüh­ rung 50 auch die Anschlußleitungen 49 verbunden sind.In the silica gel bed 52 tube coil 56 are also easily seen. Your connections 57 run through a passage 58 to the refrigerator 23 with the passage 50 and the connecting lines 49 are connected.

Ein Rohr 61 führt in den Zwischenraum 62 zwischen der Siebplatte 53 und einer Platte 63, die den Auslaß 47 abschließt. Das Rohr 61 ist der Austritt für zu trock­ nendes Gas entsprechend dem Pfeil 64. Für das in Gegen­ richtung strömende Regenerationsgas ist es der Eintritt, wie der gestrichelte Pfeil 65 zeigt.A tube 61 leads into the space 62 between the sieve plate 53 and a plate 63 which closes the outlet 47 . The pipe 61 is the outlet for gas to be dried according to the arrow 64 . For the regeneration gas flowing in the opposite direction, it is the entrance, as the dashed arrow 65 shows.

Im Boden 67 des Gehäuses 42 ist ein Rohr 68 vorgesehen. Dort kann Abtauwasser austreten, das beim Regenerieren entsteht. Das Rohr 68 dient ferner als Auslaß für Gas, das zur Regeneration des Trockners 17, insbesondere des Absorberbettes 52, durch das Rohr 61 eingespeist wird.A tube 68 is provided in the bottom 67 of the housing 42 . There, defrost water can escape, which arises during regeneration. The tube 68 also serves as an outlet for gas which is fed in through the tube 61 for the regeneration of the dryer 17 , in particular the absorber bed 52 .

In der Darstellung der Fig. 1 arbeitet das Abgassystem bei der Entgasung des Turbinenkondensators 1 mit dem Strang 15 als Behandlungsstufe. Das über das Ventil 22 A aus diesem Strang austretende getrocknete Gas wird zu mindestens drei Vierteln über die Leitung 30 in den Adsorber 31 gegeben. Der restliche Anteil von höchstens einem Viertel gelangt in den Trockner 17 B des anderen Strangs 16, der zu dieser Zeit beheizt wird, um den Gefrierkühler 18 B abzutauen und den Feuchteadsorber 19 B zu regenerieren. Dabei wird Abtauwasser über das Ventil 24 in die Abwasserleitung 26 abgegeben, während das Regeneriergas über die Blende 28 und die Leitung 29 in den Turbinenkondensator 1 zurückgeführt wird. Nach der Regenerierung wird der Betrieb umgekehrt. Dabei wird der Strang 16 zum Trocknen verwendet, während der Trockner 17 A des Strangs 15 regeneriert wird.In the illustration in FIG. 1, the exhaust system operates with the strand 15 as a treatment stage during the degassing of the turbine condenser 1 . At least three quarters of the dried gas emerging from this line via the valve 22 A is introduced into the adsorber 31 via the line 30 . The remaining portion of at most a quarter goes into the dryer 17 B of the other strand 16 , which is heated at this time to defrost the freezer cooler 18 B and to regenerate the moisture adsorber 19 B. In this case, defrosting water is discharged via the valve 24 in the waste line 26 while the regeneration gas through the aperture 28 and the line is returned to the turbine condenser 1 29th Operation is reversed after regeneration. The strand 16 is used for drying while the dryer 17 A of the strand 15 is regenerated.

Claims (4)

1. Abgassystem für einen Kernreaktor, insbesondere einen Siedewasserreaktor, mit einer Abgasquelle und einer zweisträngig ausgeführten Behandlungsstufe mit einer Trocknungseinrichtung, an die über eine Gasadsorptions­ anlage ein Abgaskamin angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungseinrichtung (17) aus einer Kühlfalle (18) und einem nachgeschalteten Adsorber (19) besteht, der mindestens annähernd die gleiche Betriebstemperatur wie die Kühlfalle (18) hat und daß die Betriebstemperatur der Gasadsorptionsanlage (31) +5 bis -20°C beträgt.1. Exhaust system for a nuclear reactor, in particular a boiling water reactor, with an exhaust gas source and a two-stage treatment stage with a drying device to which an exhaust gas fireplace is connected via a gas adsorption system, characterized in that the drying device ( 17 ) from a cold trap ( 18 ) and a downstream adsorber ( 19 ), which has at least approximately the same operating temperature as the cold trap ( 18 ) and that the operating temperature of the gas adsorption system ( 31 ) is +5 to -20 ° C. 2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfalle (18) und der Adsorber (19) in einem gemeinesamen Gehäuse (32) zusammengefaßt sind.2. Exhaust system according to claim 1, characterized in that the cold trap ( 18 ) and the adsorber ( 19 ) are combined in a common housing ( 32 ). 3. Abgassystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungseinrichtung (17) der beiden Stränge (15, 16) über Ventile (21, 22) miteinander und mit der Abngasquelle (1) verbunden sind.3. Exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that the drying device ( 17 ) of the two strands ( 15 , 16 ) via valves ( 21 , 22 ) with each other and with the exhaust gas source ( 1 ) are connected. 4. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungseinrichtung (17) der beiden Stränge (15, 16) über Ventile (21, 22, 24) zu einem Kreis mit einer Regenerationsströmung verbunden sind, die ein Viertel bis ein Zehntel der Trockengasströmung beträgt.4. Exhaust system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the drying device ( 17 ) of the two strands ( 15 , 16 ) via valves ( 21 , 22 , 24 ) are connected to a circuit with a regeneration flow, which is a quarter to is one tenth of the dry gas flow.
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